DE69023299T2 - Cored wire for welding stainless steel. - Google Patents

Cored wire for welding stainless steel.

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Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Fülldrahts zum Schweißen von rostfreiem Stahl und insbesondere die Verwendung eines Fülldrahts, der unter denselben Bedingungen bei Schweißvorgängen in allen Positionen anwendbar ist, einschließlich nicht nur Normallagen-, Seitwärts-, Vertikal- und Horizontal-Kehlnaht-Schweißoperationen, sondern auch Überkopf-Schweißoperationen, und der fähig ist, ein Schweißmetall mit hervorragenden Eigenschaften hinsichtlich Schweißvorgang und Röntgeneigenschaften zu bilden.The invention relates to the use of a flux cored wire for welding stainless steel and, in particular, to the use of a flux cored wire which is applicable under the same conditions to welding operations in all positions, including not only upright, sideways, vertical and horizontal fillet welding operations, but also overhead welding operations, and which is capable of forming a weld metal with excellent properties in terms of welding process and X-ray properties.

Stand der TechnikState of the art

Wegen der mit hoher Effizienz und Qualität verbundendenen Praktikabilität ist die Nachfrage nach fülldrähten (FCW, flux cored wires) in letzter Zeit stark gestiegen, sogar bei Schweißprozessen mit rostfreiem Stahl. Dennoch war bisher ihre Anwendung meist auf Normallagen- und Horizontal-Schweißoperationen und auf Teile von Schweißoperationen in horizontalen und vertikalen Positionen beschränkt, wobei praktisch keine Anwendungen bei Operationen in Überkopf-Positionen angetroffen wurden.Due to their practicality, coupled with high efficiency and quality, the demand for flux-cored wires (FCW) has recently increased significantly, even in stainless steel welding processes. However, their application has so far been mostly limited to normal position and horizontal welding operations and to parts of welding operations in horizontal and vertical positions, with practically no applications encountered in operations in overhead positions.

Genauer gesagt, erfordern rostfreie Stähle, die niedrigere Wärmeleitfähigkeit und Erstarrungstemperaturen verglichen mit Kohlenstoff-Stahl aufweisen, höhere Schweißtechniken in der horizontalen und vertikalen Schweißpositionen, bei denen Tropfen von geschmolzenem Metall leichter auftritt als bei der Normallagen-Schweißposition. Insbesondere beim Überkopf-Schweißen war es schwierig, praktisch zufriedenstellende Röntgen-Eigenschaften zu erzielen, sogar bei Verwendung besonders ausgelegter Stromquellen und Schutzgas.More specifically, stainless steels, which have lower thermal conductivity and solidification temperatures compared to carbon steel, require higher welding techniques in the horizontal and vertical welding positions, where drops of molten metal occur more easily than in the upright welding position. In particular, in overhead welding, it has been difficult to obtain practically satisfactory X-ray properties, even when using specially designed power sources and shielding gas.

Unter diesen Umständen wurden verschiedene Versuche unternommen, den wachsenden bedarf nach einem Fülldraht zu erfüllen, der Schweißen in allen Positionen ermöglicht. Beispielsweise sind Fülldrahte dieser Art vorgeschlagen in der japanischen Patentpublikation 59-15757 und der japanischen offengelegten Patentanmeldung 59-212192.Under these circumstances, various attempts have been made to meet the growing need for a flux cored wire that enables welding in all positions. For example, flux cored wires of this type proposed in Japanese Patent Publication 59-15757 and Japanese Laid-Open Patent Application 59-212192.

Die zuerst erwähnte japanische Patentveröffentlichung 59-15757 beschreibt einen Draht, der hauptsächlich für Horizontal- und Vertikal- Positionsschweißen vorgesehen ist, während die japanische offengelegte Patentanmeldung 59-212192 einen fülldraht offenbart, der bei Schweißoperationen in der Normallagen-, Horizontal- und Vertikalposition anwendbar ist, obwohl die Schweißbedingungen sich zwischen der Normallagen- und Vertikalposition stark unterscheiden. Daneben erfordern diese Drähte des Stands der Technik in der Vertikalposition Niedrigstrom-Schweißbedingungen verglichen mit der Normallagenposition. In einem fall, bei dem eine Schweißoperation in ihrer Abfolge alle Schweiß-positionen beinhaltet, wird es dementsprechend notwendig, in der Normallagen- und Vertikal-(oder Horizontal-)Position verschiedene Drähte zu verwenden, oder einen Draht unter verschiedenen Bedingungen zu verwenden. Genauer gesagt, wird es in der Vertikal-Schweißposition trotz eines deutlichen Abfalls in der Effizienz notwendig, einen Strom zu verwenden, der etwa 50 % niedriger ist als in der Normallagen- Schweißposition; die Notwendigkeit des Pendelns macht es ferner schwierig, Schweißraupen mit kurzen Nahtschenkeln zu erhalten, verbunden mit dem Problem, daß der Draht nur bei Platten mit einer Dicke größer als 5 mm und nicht bei Platten mit kleinerer Dicke anwendbar ist. Darüber hinaus wird im fall des Normallagenschweißens in vertikaler Position die Operation oft undurchführbar wegen instabiler Lichtbogenbedingungen und Tropfen von geschmolzenem Metall, das das Schweißbad destabilisiert.The first-mentioned Japanese Patent Publication No. 59-15757 describes a wire intended mainly for horizontal and vertical position welding, while Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-212192 discloses a filler wire applicable to welding operations in the normal position, horizontal and vertical positions, although the welding conditions differ greatly between the normal position and vertical positions. Besides, these prior art wires require low-current welding conditions in the vertical position compared with the normal position position. Accordingly, in a case where a welding operation includes all welding positions in its sequence, it becomes necessary to use different wires in the normal position and vertical (or horizontal) positions, or to use one wire under different conditions. More specifically, in the vertical welding position, despite a significant drop in efficiency, it becomes necessary to use a current that is about 50% lower than in the upright welding position; the need for weaving also makes it difficult to obtain weld beads with short weld legs, coupled with the problem that the wire is only applicable to plates with a thickness greater than 5 mm and not to plates with a smaller thickness. Moreover, in the case of upright welding in the vertical position, the operation often becomes impracticable due to unstable arc conditions and drops of molten metal that destabilize the weld pool.

Daher haben wegen der bei der Kontrolle der Schweißoperationen auftretenden Probleme oder wegen der Probleme bei der Effizienz des Schweißens in vertikaler Position die konventionellen Fülldrähte (FCW) lediglich beschränkte Anwendung gefunden, und daher basierten bisher Überkopf-Schweiß-Operationen auf Lichtbogenschweißen mit Mantelelektroden oder WIG-Schweißen ohne Anwendung von FCW.Therefore, due to problems in controlling welding operations or problems in the efficiency of welding in vertical position, conventional flux cored wires (FCW) have found only limited use and, therefore, overhead welding operations have so far been based on arc welding with coated electrodes or TIG welding without the use of FCW.

US-A-4,366,364 offenbart einen fülldraht für die Verwendung beim Schutzgas-Lichtbogenschweißen. Das Schweißmittel schließt folgendes ein:US-A-4,366,364 discloses a filler wire for use in gas shielded arc welding. The welding medium includes the following:

Metallfluorid als Fluor 0,025-0,35 (Gew.-%)Metal fluoride as fluorine 0.025-0.35 (wt.%)

Metallcarbonat ≤0,5Metal carbonate ≤0.5

1 oder mehrere, ausgewählt aus der aus Al, Ti, Zr, V und Ca ≤0,75 bestehenden Gruppe1 or more selected from the group consisting of Al, Ti, Zr, V and Ca ≤0.75

TiO&sub2; 3,5-7,4TiO2 3.5-7.4

SiO&sub2; ≤2,0SiO₂ ≤ 2.0

MgO und/oder ZrO&sub2; 0,03-1,2MgO and/or ZrO2 0.03-1.2

Al&sub2;O&sub3; ≤0,15Al₂O₃ ≤0.15

C ≤0,15C ≤ 0.15

Mn 1,2-3,0Mn1.2-3.0

Si 0,3-1,2Si 0.3-1.2

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Im Hinblick auf diese Situationen liegt die Aufgabe der Erfindung darin, einen fülldraht für die Verwendung beim Schweißen von rostfreiem Stahl zur Verfügung zu stellen, der in allen Schweißpositionen einschließlich der Überkopf-Position mit verbesserter Handhabbarkeit und unter denselben Bedingungen verwendet werden kann, und der ein Schweißmetall mit guten Eigenschaften einschließlich Röntgeneigenschaften usw. bilden kann.In view of these situations, the object of the invention is to provide a flux cored wire for use in welding stainless steel which can be used in all welding positions including the overhead position with improved handling and under the same conditions and which can form a weld metal with good properties including X-ray properties, etc.

Übliche fülldrähte für die Verwendung beim Schweißen von rostfreiem Stahl verwenden in den meisten fällen ein Schweißmittel des TiO&sub2;-SiO&sub2;- ZrO&sub2;-Systems, dem geeignete Mengen Al&sub2;O&sub3;, MgO, MnO&sub2; und ähnliches für die Einstellung der Viskosität und Schlackenverfestigungstemperatur zugesetzt werden.Common flux cored wires for use in welding stainless steel in most cases use a flux of the TiO₂-SiO₂-ZrO₂ system to which appropriate amounts of Al₂O₃, MgO, MnO₂ and the like are added for adjusting the viscosity and slag solidification temperature.

Die fülldrähte dieser Art haben folgende Probleme:The cored wires of this type have the following problems:

(1) Es ist schwierig, sie insbesondere in einer Schweißoperation mit allen Positionen einschließlich der Überkopf-Position zu verwenden und zufriedenstellende Handhabbarkeit in allen Schweißpositionen sicherzustellen;(1) It is difficult to use them especially in a welding operation with all positions including the overhead position and to ensure satisfactory handling in all welding positions;

(2) das Tropfen von geschmolzenem Metall kann unterdrückt werden durch Erhöhung des Inhalts an schlackenbildenden Komponenten im Draht, um eine große Menge von Schlacke wie beim Schutzgasschweißen zu erzeugen; eine solche Erhöhung des Anteils an schlackenbildenden Komponenten verursacht jedoch eine deutliche Verschlechterung der Röntgeneigenschaften;(2) the dripping of molten metal can be suppressed by increasing the content of slag-forming components in the wire to generate a large amount of slag as in gas-shielded arc welding; however, such an increase in the content of slag-forming components causes a significant deterioration of the X-ray properties;

(3) die Schweißbedingungen müssen in Abhängigkeit von der Schweißposition geändert werden, z. B. bei Vertikal- und Überkopf-Positionen, bei denen Schweißen mit hohem Strom undurchführbar ist, verbunden mit Schwierigkeitem beim Normallagenschweißen in vertikaler Position wegen der Notwendigkeit des Pendelns.(3) the welding conditions must be varied depending on the welding position, e.g. vertical and overhead positions where welding with high current is impracticable, coupled with difficulties in normal position welding in vertical position due to the need for weaving.

Um diese Probleme zu lösen, hat der Erfinder eine umfangreiche Studie durchgeführt zur Auffindung einer optimalen Drahtzusammensetzung durch Optimierung der Menge an Schlackenproduktion, Verfestigungstemperatur und Viskosität unter dem Gesichtspunkt der Erhaltung hervorragender Lichtbogenstabilität und -konzentration über einen breiten Bereich von Schweißbedingungen, insbesondere unter Berücksichtigung der Unterschiede der optimalen physikalischen Eigenschaften zwischen der Überkopf- und Normallagen-Schweißposition.To solve these problems, the inventor has conducted an extensive study to find an optimum wire composition by optimizing the amount of slag production, solidification temperature and viscosity from the viewpoint of maintaining excellent arc stability and concentration over a wide range of welding conditions, particularly taking into account the differences in optimum physical properties between the overhead and normal position welding positions.

Die vorliegende Erfindung gelang, basierend auf der Feststellung, daß die oben erwähnten Probleme gelöst werden durch die Verwendung eines Schweißmittels eines TiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Systems, das Al&sub2;O&sub3; als Hauptkomponente enthält und reich ist an TiO&sub2;, wobei eine optimale Balance von TiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; und/oder ZrO&sub2;-Komponenten sichergestellt wird und die Menge an Metallfluoriden beschränkt wird, und wobei Ti zugesetzt und die Mengen an schlackenbildendem Mittel und bevorzugt (Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; + ZrO&sub2;) beschränkt werden.The present invention has been accomplished based on the finding that the above-mentioned problems are solved by using a welding agent of a TiO₂-Al₂O₃ system containing Al₂O₃ as a main component and rich in TiO₂, ensuring an optimal balance of TiO₂, Al₂O₃, SiO₂ and/or ZrO₂ components and limiting the amount of metal fluorides, and adding Ti and limiting the amounts of slag-forming agent and preferably (Al₂O₃ + SiO₂ + ZrO₂).

Erfindungsgemäß wird nämlich die Verwendung eines Fülldrahts zum Schweißen von rostfreiem Stahl zur Verfügung gestellt, wobei der Draht ein in eine Hülle aus rostfreiem Stahl gefülltes Schweißmittel aufweist und wobei das Schweißmittel basierend auf dem Gesamtgewicht des Drahts 8,5 - 13,5 % schlackenbildende Komponenten enthält, umfassend, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts, 4,7 - 8,5 % TiO&sub2;, 0,5 - 3,5 % Al&sub2;O&sub3; und 0,6 - 3,0 % SiO&sub2; und/oder ZrO&sub2; in Verhältnissen, die die folgende Formel erfüllen:Namely, according to the invention, the use of a filler wire for welding stainless steel is provided, wherein the wire comprising a welding agent filled in a stainless steel sheath and wherein the welding agent contains, based on the total weight of the wire, 8.5 - 13.5% slag-forming components comprising, based on the total weight of the wire, 4.7 - 8.5% TiO₂, 0.5 - 3.5% Al₂O₃ and 0.6 - 3.0% SiO₂ and/or ZrO₂ in proportions satisfying the following formula:

TiO&sub2; > Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; + ZrO&sub2;TiO2; > Al₂O₃ + SiO2 + ZrO2;

und darüber hinaus 0,03 - 0,25 % Metallfluorid (ausgedrückt als F- Umwandlungswert) und 0,1 - 1,0 % Ti. Das Schweißmittel enthält im wesentlichen kein CO&sub2; oder Carbonat.and in addition 0.03 - 0.25% metal fluoride (expressed as F- conversion value) and 0.1 - 1.0% Ti. The welding fluid contains essentially no CO₂ or carbonate.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung erfüllen die Anteile der schlackenbildenden Komponenten die folgende FormelAccording to another aspect of the invention, the proportions of the slag-forming components satisfy the following formula

Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; + ZrO&sub2; ≤ 5,0 %.Al₂O₃ + SiO2 + ZrO2; ≤ 5.0%.

Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 10 aufgezählt und werden aus der folgenden speziellen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung deutlich.The above and other objects, features and advantages of the invention are set forth in claims 3 to 10 and will become apparent from the following specific description and appended claims taken in conjunction with the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

In der folgenden Zeichnung:In the following drawing:

Fig. 1(a) bis 1(d) sind Schnitte, die beispielhaft eine Anzahl von Fülldrähten zeigen; undFig. 1(a) to 1(d) are cross-sectional views showing, by way of example, a number of cored wires; and

Fig. 2 und 3 sind diagrammartige Ansichten der formen von in Beispielen verwendeten Verbindungen, die im folgenden erscheinen werden.Figures 2 and 3 are diagrammatic views of the shapes of compounds used in examples that will appear hereinafter.

Spezielle Beschreibung der ErfindungSpecific description of the invention

Erfindungsgemäß sind die jeweiligen Schweißmittelkomponenten jeweils in den oben erwähnten beschränkten Bereichen aus folgenden Gründen enthalten. Unter diesem Gesichtspunkt ist es wichtig festzuhalten, daß der erwünschte Effekt oder Effekte, die unten diskutiert werden, nicht durch eine Schweißmittelkomponente allein verursacht werden, sondern synergistisch durch eine Anzahl von Komponenten, die in der Schweißmittelzusammensetzung in ausgewogenen Anteilen enthalten sind.According to the invention, the respective welding agent components are each contained within the above-mentioned limited ranges for the following reasons. From this point of view, it is important to note that the desired effect or effects discussed below are not caused by one welding agent component alone, but synergistically by a number of components contained in the welding agent composition in balanced proportions.

(1) Optimierung der TiO&sub2;&submin;, Al&sub2;O&sub3;&submin;, SiO&sub2;&submin; und ZrO&sub2;-Gehalte(1) Optimization of TiO₂�min;, Al₂O₃�min;, SiO₂�min; and ZrO₂ contents

TiO&sub2; hat als schlackenbildende Komponente die Wirkung, die Schlackenbedeckung und das Schlackenabblättern zu verbessern und hat als Lichtbogenstabilisierungsmittel die Wirkungen, die Konzentration des Lichtbogens zu verbessern und Spritzen zu unterdrücken. Ein TiO&sub2;-Gehalt von weniger als 4,7 % reicht jedoch zur Sicherung dieser Wirkung nicht aus, während ein Gehalt von mehr als 8,5 % im Gegenteil Verschlechterungen der Schlackenbedeckung erleichtert und das Raupenaussehen und die Röntgeneigenschaften verschlechtert. Entsprechend sollte der Gehalt an TiO&sub2; im Bereich von 4,7 - 8,5 % bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts, bevorzugt im Bereich von 5,8 - 8,2 % liegen.TiO₂ as a slag forming component has the effect of improving slag coverage and slag flaking and as an arc stabilizing agent has the effect of improving arc concentration and suppressing spatter. However, a TiO₂ content of less than 4.7% is not sufficient to ensure this effect, while a On the contrary, a content of more than 8.5% facilitates deterioration of the slag coverage and impairs the bead appearance and X-ray properties. Accordingly, the TiO₂ content should be in the range of 4.7 - 8.5% based on the total weight of the wire, preferably in the range of 5.8 - 8.2%.

Al&sub2;O&sub3; ist erfindungsgemäß eine Hauptkomponente des Schweißmittelsystems und hat als schlackenbildende Komponente die Effekte, die Schlackenverfestigungstemperatur ohne Änderung ihrer Viskosität zu erhöhen, neben dem Effekt der Verbesserung des Schlackenabblätterns. MgO und ZrO&sub2; dienen ebenfalls zum Anheben der Verfestigungstemperatur, sind jedoch nicht als Hauptkomponente geeignet im Hinblick auf die Änderung der Schlackenviskosität, die durch sie verursacht würde. Ein Al&sub2;O&sub3;- Gehalt von weniger als 0,5 % reicht nicht aus zur Erzielung der erwünschten Effekte, während ein Gehalt von mehr als 3,5 % in verschlechterten Röntgeneigenschaften resultiert. Dementsprechend sollte der Gehalt an Al&sub2;O&sub3; im Bereich von 0,5 - 3,5 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts, bevorzugt im Bereich von 0,7 - 2,7 % liegen.Al₂O₃ is a main component of the welding agent system according to the invention and, as a slag-forming component, has the effects of increasing the slag solidification temperature without changing its viscosity, in addition to the effect of improving slag flaking. MgO and ZrO₂ also serve to raise the solidification temperature, but are not suitable as a main component in view of the change in slag viscosity that would be caused by them. An Al₂O₃ content of less than 0.5% is not sufficient to achieve the desired effects, while a content of more than 3.5% results in deteriorated X-ray properties. Accordingly, the content of Al₂O₃ should be in the range of 0.5 - 3.5% based on the total weight of the wire, preferably in the range of 0.7 - 2.7%.

SiO&sub2; und ZrO&sub2;, die als schlackenbildende Komponenten Effekte der Verbesserung der Schlackenbedeckung und Erhöhung der Schlackenviskosität zur Verbesserung der Schweißraupenform zeigen, werden einzeln oder gemeinsam zugesetzt. Ein Gehalt an SiO&sub2; und ZrO&sub2; von weniger als 0,6 % ist nicht ausreichend zur Erzielung der beabsichtigten Effekte, während ein Gehalt von mehr als 3,2 % in einer Schweißraupe einer fehlerhaften konvexen Form und verschlechterten Röntgeneigenschaften resultiert. Entsprechend sollte der Gehalt an SiO&sub2; und/oder ZrO&sub2; im Bereich von 0,6 - 3,2 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts, bevorzugt im Bereich von 1,0 - 3,0 %, liegen.SiO₂ and ZrO₂, which as slag-forming components exhibit effects of improving slag coverage and increasing slag viscosity to improve weld bead shape, are added individually or together. A content of SiO₂ and ZrO₂ of less than 0.6% is insufficient to achieve the intended effects, while a content of more than 3.2% results in a weld bead of defective convex shape and deteriorated X-ray properties. Accordingly, the content of SiO₂ and/or ZrO₂ should be in the range of 0.6 - 3.2% based on the total weight of the wire, preferably in the range of 1.0 - 3.0%.

Die oben beschriebenen Schweißmittelkomponenten sollten jedoch in Verhältnissen zugesetzt werden, die die Bedingungen der folgenden Formel erfüllen:However, the welding agent components described above should be added in proportions that meet the conditions of the following formula:

TiO&sub2; > Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; + ZrO&sub2;TiO2; > Al₂O₃ + SiO2 + ZrO2;

Für die Optimierung der Schlackenverfestigungstemperatur und Viskosität, Verbesserung der Lichtbogenstabilität und -konzentration und Verbreiterung des Bereichs geeigneter Bedingungen zur Ermöglichung von Schweißoperationen in allen Positionen unter denselben Bedingungen ist es essentiell, diese Bedingung zu erfüllen.Fulfilling this condition is essential to optimize slag solidification temperature and viscosity, improve arc stability and concentration, and broaden the range of suitable conditions to enable welding operations in all positions under the same conditions.

(2) Metallfluoride(2) Metal fluorides

Das Metallfluorid ist eine wesentliche Komponente zur Verbesserung der Anti-Poren-Eigenschaft (Röntgeneigenschaften), und hat die Wirkung, die Fluidität der Schlacke zu regulieren. Es ist wichtig, die zugesetzte Menge an Metallfluorid so zu bestimmen, daß sie im Gleichgewicht steht mit den anderen schlackenbildenden Komponenten wie TiO&sub2;. Ein Metallfluoridgehalt von weniger als 0,02 % ist nicht ausreichend zur Sicherstellung der beabsichtigten Effekte, während ein Gehalt von mehr als 0,25 % in erhöhten Anteilen von Feuchtigkeit und Spritzern resultiert. Dementsprechend sollte der Gehalt an Metallfluorid im Bereich von 0,02 - 0,25 %, ausgedrückt als Wert der F-Umwandlung, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts, liegen, bevorzugt im Bereich von 0,02 - 0,15 % unter dem Gesichtspunkt der Schweißbarkeit (insbesondere Schlackenbedeckung).The metal fluoride is an essential component for improving the anti-porosity property (X-ray properties), and has the effect of regulating the fluidity of the slag. It is important to determine the amount of metal fluoride added so that it is in balance with the other slag-forming components such as TiO₂. A metal fluoride content of less than 0.02% is not sufficient to ensure the intended effects, while a content of more than 0.25% results in increased levels of moisture and spatter. Accordingly, the content of metal fluoride should be in the range of 0.02 - 0.25%, expressed as the value of F-conversion based on the total weight of the wire, preferably in the range of 0.02 - 0.15% from the viewpoint of weldability (particularly slag coverage).

(3) Zusatz von Ti(3) Addition of Ti

Als Lichtbogenstabilisator hat Ti die Wirkungen der Lichtbogenkonzentrationsverbesserung und der Verminderung des Spritzens. Darüber hinaus hat Ti als Deoxidans den Effekt der Verbesserung der Röntgeneigenschaften.As an arc stabilizer, Ti has the effects of improving arc concentration and reducing spatter. In addition, as a deoxidizer, Ti has the effect of improving X-ray properties.

Ti, das in leicht schmelzbarer Form vorliegt, wirkt als Schlackenbildungsmittel durch Schmelzoxidation, was von noch größerer Wichtigkeit ist.Ti, which is in easily fusible form, acts as a slag forming agent by melt oxidation, which is of even greater importance.

Im Fall eines FCW mit überschüssigem Gehalt an einer oxidischen schlackenbildenden Komponente fließt der Schweißstrom nämlich nur durch den Hüllenanteil des Drahts, wodurch das Schmelzen des inneren Schweißmittels, welches einen höheren Schmelzpunkt als ein Metall hat, verzögert wird und dadurch nicht geschmolzene Schweißmittelrückstände entstehen, die die Röntgeneigenschaften verschlechtern. Dementsprechend hat der Anteil an schlackenbildenden Komponenten im Draht eine Grenze. Andererseits müssen die schlackenbildenden Komponenten in einer großen Menge zugesetzt werden, um Tropfen des geschmolzenen Metalls in Vertikal- und Überkopf-Schweißpositionen zu verhindern. Erfindungsgemäß beinhaltet der erfindungsgemäße Draht zur Lösung dieses Problems TiO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; in geeignet ausgewogenen Anteilen, die frei sind von ungeschmolzenen Rückständen, während TiO&sub2; als Hauptkomponente in metallischer Form zugesetzt wird, die kaum ungeschmolzene Rückstände verursacht. Leicht schmelzbares Ti bildet durch Schmelzoxidation TiO&sub2;, das bei der Schlackenbildung zur Verhinderung des Tropfens von geschmolzenem Metall mitwirkt. Ein Ti-Gehalt von weniger als 0,1 % ist jedoch nicht ausreichend, um den erwünschten Effekt zu erzielen, während ein Ti-Gehalt von mehr als 1,0 % Spritzen in der Normallagen-Schweißposition erhöht und in einer fehlerhaften Form der Schweißraupe und einer Unterhöhlung resultiert.In the case of a FCW with an excess content of an oxidic slag-forming component, the welding current flows only through the sheath part of the wire, which prevents the melting of the internal welding agent which has a higher melting point than a metal is delayed, thereby causing unmelted welding agent residues to deteriorate X-ray properties. Accordingly, the proportion of slag-forming components in the wire has a limit. On the other hand, the slag-forming components must be added in a large amount to prevent dripping of the molten metal in vertical and overhead welding positions. According to the present invention, to solve this problem, the wire of the present invention contains TiO₂ and Al₂O₃ in appropriately balanced proportions which are free from unmelted residues, while TiO₂ is added as a main component in a metallic form which hardly causes unmelted residues. Easily fusible Ti forms TiO₂ by melt oxidation, which participates in slag formation to prevent dripping of molten metal. However, a Ti content of less than 0.1% is not sufficient to achieve the desired effect, while a Ti content of more than 1.0% increases spatter in the normal welding position and results in defective weld bead shape and undercut.

Daher sollte der Ti-Gehalt im Bereich von 0,1 - 1,0 % bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts, bevorzugt im Bereich von 0,3 -0,8 % liegen. Ti kann in Form von metallischem Titanium oder Ferrotitanium zugegeben werden.Therefore, the Ti content should be in the range of 0.1 - 1.0% based on the total weight of the wire, preferably in the range of 0.3 - 0.8%. Ti can be added in the form of metallic titanium or ferrotitanium.

Obwohl die Erfindung im Hinblick auf die wesentlichen Punkte beschrieben wurde, ist es wünschenswert, die folgenden Einschränkungen hinzuzufügen, falls notwendig, um den Bereich der anwendbaren Bedingungen bei allen Schweißpositionen, insbesondere in Vertikal- und Überkopf-Schweißpositionen zu verbreitern und Schweißpositionen bei höherem Strom zu realisieren.Although the invention has been described in terms of the essential points, it is desirable to add the following limitations, if necessary, in order to broaden the range of applicable conditions in all welding positions, particularly in vertical and overhead welding positions, and to realize higher current welding positions.

(4) Gehalt an schlackenbildenden Komponenten & (Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; + ZrO&sub2;)(4) Content of slag-forming components & (Al₂O₃ + SiO₂ + ZrO₂)

Der Gehalt an schlackenbildenden Komponenten muß 8,5 % oder größer sein, um Tropfen von geschmolzenem Metall zu verhindern.The content of slag-forming components must be 8.5% or greater to prevent dripping of molten metal.

Es treten jedoch ungeschmolzene Rückstände der schlackenbildenden Komponenten auf, falls ihr Gehalt größer ist als 13,5 %, wodurch die Röntgeneigenschaften verschlechtert werden. Dementsprechend sollte der Gehalt an schlackenbildendem Mittel im Bereich von 8,5 - 13,5 % bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts, bevorzugt im Bereich von 9,0 - 13,5 %, liegen.However, unmelted residues of the slag-forming components occur if their content is greater than 13.5%, which impairs the X-ray properties. Accordingly, the content of slag-forming agent should be in the range of 8.5 - 13.5% based on the total weight of the wire, preferably in the range of 9.0 - 13.5%.

Darüber hinaus ist es unter dem Gesichtspunkt der Lichtbogenstabilität und -konzentration bei hohem Strom und Verbesserung der Röntgeneigenschaften wünschenswert, den Gehalt an (Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; + ZrO&sub2;) 5,0 % oder weniger bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts zu erhalten, bevorzugt im Bereich von 1,1 - 5,0 %.In addition, from the viewpoint of arc stability and concentration at high current and improvement of X-ray properties, it is desirable to keep the content of (Al₂O₃ + SiO₂ + ZrO₂) 5.0% or less based on the total weight of the wire, preferably in the range of 1.1 - 5.0%.

Darüber hinaus ist es im Hinblick auf die Bedeutung der Lichtbogenkonzentration (Intensität) insbesondere beim Vertikal- und Überkopf-Schweißen von dünnen Platten wünschenswert, das Verhältnis von Ti/F (umgewandelt) auf einen Wert größer als 3,8 einschließlich einzustellen. Dadurch wird die Einwirkung ("impingement") geschmolzener Tropfen bei gegebenem Strom, insbesondere in der Überkopf-Schweißposition stärker, wodurch gerade Drahtbewegungen ermöglicht und hervorragende Schweißbarkeit gewährleistet wird. Falls im Gegensatz dazu das Verhältnis von Ti/F 30 übersteigt, wird die Intensivierung der Bogeneinwirkung ("arc impingement"), die in der Vertikal- und Überkopf-Schweißposition erzielt wird, in der Normal lagenposition zu stark und verursacht Spritzen in einem zu beanstandenden Grad. Daher sollte das Verhältnis Ti/F kleiner sein als 30.In addition, in view of the importance of arc concentration (intensity), particularly in vertical and overhead welding of thin plates, it is desirable to set the ratio of Ti/F (converted) to a value greater than 3.8 inclusive. This will make the impingement of molten drops at a given current, particularly in the overhead welding position, stronger, thereby enabling straight wire movements and ensuring excellent weldability. On the contrary, if the ratio of Ti/F exceeds 30, the intensification of arc impingement achieved in the vertical and overhead welding position will become too strong in the upright position and cause spatter to an objectionable degree. Therefore, the ratio of Ti/F should be less than 30.

Im Hinblick auf wahlweise von den oben erwähnten Komponenten verschiedene Additive können geeignete Mengen folgender Substanzen zugesetzt werden, vorausgesetzt, daß sie im wesentlichen nicht CO&sub2; oder ein Carbonat enthalten.With regard to optional additives other than the above-mentioned components, appropriate amounts of the following substances may be added, provided that they do not substantially contain CO₂ or a carbonate.

Das Schweißmittel darf nämlich mit geeigneten Mengen von: MgO, MnO oder ähnlichem für die Feineinstellung der physikalischen Eigenschaften der Schlacke; Bi&sub2;O&sub3; für die Verbesserung der Schlackenabblätterung; Na oder K zur Verbesserung der Lichtbogenstabilität; und Ni, Cr, Mo, Mn, Si, Nb, C, N, Fe, Al, V, W, Cu oder ähnlichem für die Einstellung der Schweißmetall- Zusammensetzung versetzt werden.The welding consumable may in fact be enriched with appropriate amounts of: MgO, MnO or similar to fine-tune the physical properties of the slag; Bi₂O₃ to improve slag exfoliation; Na or K to improve arc stability; and Ni, Cr, Mo, Mn, Si, Nb, C, N, Fe, Al, V, W, Cu or similar to adjust the weld metal composition.

Die Metallhülle des Drahts besteht aus rostfreiem Stahl, der im Hinblick auf seine Zusammensetzung keinen besonderen Beschränkungen unterliegt, und hat eine in Abhängigkeit vom Anwendungszweck bestimmte Zusammensetzung. Beispielsweise kann er ein rostfreier Ferrit- oder Austenitstahl sein. Es bestehen keine Beschränkungen hinsichtlich des Schnitts des Drahts, der beliebige der in Fig. 1 beispielhaft dargestellten Formen aufweisen kann.The metal sheath of the wire is made of stainless steel, which is not subject to any particular restrictions as to its composition, and has a composition determined depending on the intended use. For example, it can be a ferritic or austenitic stainless steel. There are no restrictions on the section of the wire, which can have any of the shapes shown as examples in Fig. 1.

Im folgenden wird die Erfindung spezieller durch die folgenden Beispiele illustriert.The invention is illustrated more specifically by the following examples.

[Beispiele][Examples]

Die fülldrähte der Tabellen 2 und 3 wurden unter Verwendung von 0,7 mm (D) x 12 mm (B) Hüllen aus rostfreiem Stahl der in Tabelle 1 gezeigten chemischen Zusammensetzungen hergestellt. In diesen Tabellen sind die Anteile der Schweißmittelkomponenten angegeben als Prozent des Gesamtgewicht des Drahts, und die Anteile an Metallfluorid sind ausgedrückt als F-Umwandlungswerte.The cored wires of Tables 2 and 3 were prepared using 0.7 mm (D) x 12 mm (B) stainless steel casings of the chemical compositions shown in Table 1. In these tables, the amounts of the filler metal components are given as a percentage of the total weight of the wire, and the amounts of metal fluoride are expressed as F-conversion values.

Die jeweiligen Drähte wurden durch einen Schweißtest in verschiedenen Positionen unter den in Tabelle 4 angegebenen Bedingungen untersucht.The respective wires were examined by welding test in different positions under the conditions given in Table 4.

Der Schweißtest wurde durchgeführt mit einer Schweißoperation einschließlich Normallagen-, Vertikal- und Überkopf-Positionen für eine stumpfe Verbindung, wie in Fig. 2 dargestellt, und einer Horizontal- Kehlnaht-Schweißoperation, wie in Fig. 3 dargestellt. Im Fall der Verbindung aus Fig. 2 wurde der Test durchgeführt durch Mehrfachschweißen unter Verwendung einer Unterlage B, Platten einer Dicke T von 16 mm, einem Fasenwinkel Θ von 60º, einem Oberflächen-Abstand (route face) F von 1 mm und einer Oberflächen-Lücke (route gap) (G) von 3 mm. Im Fall der Verbindung von Fig. 3 wurde der Test durchgeführt durch Einfachschweißen unter Verwendung von Platten mit einer Dicke T.The welding test was carried out with a welding operation including upright, vertical and overhead positions for a butt joint as shown in Fig. 2 and a horizontal fillet welding operation as shown in Fig. 3. In the case of the joint of Fig. 2, the test was carried out by multiple welding using a backing B, plates of a thickness T of 16 mm, a bevel angle θ of 60º, a route face F of 1 mm and a route gap (G) of 3 mm. In the case of the joint of Fig. 3, the test was carried out by single welding using plates of a thickness T.

Die in den Tests verwendeten Platten waren Platten aus rostfreiem Stahl wie in JIS G4304 oder G4305 vorgeschrieben und einer Zusammensetzung, die gleich war zu der der verwendeten Drähte.The plates used in the tests were stainless steel plates as specified in JIS G4304 or G4305 and of a composition equal to that of the wires used.

Die Ergebnisse der Schweißtests sind in den Tabellen 5 und 6 dargestellt, in denen die Zuordnung der Qualität gekennzeichnet ist durch (extrem gut), o (gut), Δ (leicht fehlerhaft) und X (fehlerhaft); die Bestimmung der Röntgeneigenschaften wurde entsprechend JIS Z 3106 durchgeführt.The results of the welding tests are shown in Tables 5 and 6, in which the classification of quality is indicated by (extremely good), o (good), Δ (slightly defective) and X (defective); the determination of the X-ray properties was carried out according to JIS Z 3106.

Wie aus Tabelle 6 klar hervorgeht, können die erfindungsgemäßen Beispiele alle in allen Positionen geschweißt werden und besitzen hervorragende Qualität, verbunden mit zufriedenstellenden Röntgeneigenschaften.As is clear from Table 6, the examples of the invention can all be welded in all positions and have excellent quality combined with satisfactory X-ray properties.

Andererseits sind die in Tabelle 5 dargestellten Vergleichsbeispiele überwiegend nicht für All-Positionsschweißen geeignet, und die Röntgeneigenschaften sind unterlegen, sogar wenn die Qualität beim All- Positionsschweißen zufriedenstellend ist (Nr. 9). Tabelle 1 - Chemische Zusammensetzung des Hüllenmetalls Metalle Tabelle 4 - Schweißbedingungen Schweißbedingungen Normallage Schweiß-Vertikal Positionen-Überkopf Horizontal-Kehlnaht Strom (A) Spannung (V) Geschwindigkeit (cm/min) Anmerkung: Drahtdurchmesser: 1,2 mm Stromquelle: Gleichstromquelle Schutzgas: CO&sub2;, 20 1/min Tabelle 2 Draht Nr. Metallhülle Schweißmittelzusammensetzung Shlackenbildende Komponenten Metallfluoride Gesamt Metallkomponenten Bemerkungen Anm. 1: Die Metallfluorid-Gehalte sind durch F-Umwandlungswerte angegeben. Anm. 2: Die Ti-Gehalt in "Fe-40%Ti" sind durch Ti-Umwandlungswerte angegeben. Tabelle 3 Draht Nr. Metallhülle Schweißmittelzusammensetzung Shlackenbildende Komponenten Metallfluoride Gesamt Metallkomponenten Bemerkungen Anm. 1: Die Metallfluorid-Gehalte sind durch F-Umwandlungswerte angegeben. Anm. 2: Die Ti-Gehalt in "Fe-40%Ti" sind durch F-Umwandlungswerte angegeben. * Vergleichsbeispiele Tabelle 5 Drahte Nr. Funktionsfähigkeit Alle Positionen Lichtbogenstabilität Lichtbogenkonzentration Schlackenabblättern Normallage Spritzen Raupenaussehen Raupenform (fester Zustand) des abgelagerten Metalls) Vertikal Spritzen Überkopf Röntgeneigenschaften (Grad) Normallage Gesamtbewertung Bemerkungen Alle niedriger als Grad 3 Alle nicht verwendbar Vergleichsbeispiele Tabelle 6 Drahte Nr. Funktionsfähigkeit Alle Positionen Lichtbogenstabilität Lichtbogenkonzentration Schlackenabblättern Normallage Spritzen Raupenaussehen Raupenform (fester Zustand) des abgelagerten Metalls) Vertikal Spritzen Überkopf Röntgeneigenschaften (Grad) Normallage Gesamtbewertung Bemerkungen Alle nicht verwendbar VergleichsbeispieleOn the other hand, the comparative examples shown in Table 5 are mostly not suitable for all-position welding, and the X-ray properties are inferior even if the quality of all-position welding is satisfactory (No. 9). Table 1 - Chemical composition of the shell metal Metals Table 4 - Welding conditions Welding conditions Normal position Welding-Vertical Positions-Overhead Horizontal-Fill weld Current (A) Voltage (V) Speed (cm/min) Note: Wire diameter: 1.2 mm Power source: DC source Shielding gas: CO₂, 20 1/min Table 2 Wire No. Metal Cover Welding Fluid Composition Slag Forming Components Metal Fluorides Total Metal Components Remarks Note 1: The metal fluoride contents are given by F transformation values. Note 2: The Ti contents in "Fe-40%Ti" are given by Ti transformation values. Table 3 Wire No. Metal cover Welding agent composition Slag forming components Metal fluorides Total metal components Remarks Note 1: The metal fluoride contents are given by F-conversion values. Note 2: The Ti contents in "Fe-40%Ti" are given by F-conversion values. * Comparative examples Table 5 Wires No. Functionality All positions Arc stability Arc concentration Slag flaking Normal position Spraying Bead appearance Bead shape (solid state) of deposited metal) Vertical Spraying Overhead X-ray properties (grade) Normal position Overall rating Remarks All lower than grade 3 All not usable Comparison examples Table 6 Wires No. Functionality All positions Arc stability Arc concentration Slag flaking Normal position Spraying Bead appearance Bead shape (solid state) of deposited metal) Vertical Spraying Overhead X-ray properties (grade) Normal position Overall rating Remarks All not usable comparison examples

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung einen Fülldraht zur Verfügung, der geeignet ist zum Schweißen von rostfreiem Stahl, wobei ein Schweißmittel eines TiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Systems verwendet wird, das Al&sub2;O&sub3; als Hauptbestandteil enthält und reich ist an TiO&sub2;, wobei eine geeignete Balance von TiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; und/oder ZrO&sub2;-Gehalten sichergestellt und der Gehalt an Metallfluorid beschränkt wird, oder zusätzlich Ti zugegeben wird, oder der Gehalt an schlackenbildenden Mitteln und (Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; + ZrO&sub2;) beschränkt wird, um All- Positionsschweißen einschließlich der Überkopf-Position ohne Wechsel der Schweißbedingungen von einer Position auf die andere zu ermöglichen, während hervorragende Schweißqualität zur Bildung eines Schweißmetalls mit günstigen Röntgeneigenschaften gewährleistet wird. Daneben hat der erfindungsgemäß verwendete Draht Vorteile dahingehend, daß Vertikal- und Überkopf-Positionsschweißoperation mit demselben hohem Strom wie bei der Normallagenposition möglich sind, und daß gerade Drahtnachführung in Aufwärts- oder Normallagen-Schweißpositionen in vertikaler Position möglich ist, wodurch Bildung von Raupen mit kurzen Nahtschenkeln und Anwendung bei dünnen Platten ermöglicht wird.As is apparent from the above description, the invention provides a flux cored wire suitable for welding stainless steel using a TiO₂-Al₂O₃ system flux containing Al₂O₃ as a main component and rich in TiO₂, with an appropriate balance of TiO₂, Al₂O₃, SiO₂ and and/or ZrO₂ contents are ensured and the content of metal fluoride is limited, or Ti is additionally added, or the content of slag forming agents and (Al₂O₃ + SiO₂ + ZrO₂) is limited to enable all-position welding including the overhead position without changing the welding conditions from one position to another, while ensuring excellent welding quality to form a weld metal with favorable X-ray properties. In addition, the wire used in the invention has advantages in that vertical and overhead position welding operations are possible with the same high current as in the normal position position, and that straight wire tracking is possible in up- or normal position welding positions in the vertical position, thereby enabling formation of beads with short weld legs and application to thin plates.

Claims (10)

1. Verwendung eines Fülldrahts zum Schweißen von rostfreiem Stahl, wobei der Draht ein in eine Hülle aus rostfreiem Stahl gefülltes Schweißmittel aufweist und wobei das Schweißmittel bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts 0,1 - 1,0 % Ti, 8,5 - 13,5 % schlackenbildende Komponenten enthält und im wesentlichen kein CO&sub2; oder Carbonat enthält, wobei die schlackenbildenden Komponenten bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts 4,7 - 8,5 % TiO&sub2;, 0,5 - 3,5 % Al&sub2;O&sub3; und 0,6 - 3,2 % SiO&sub2; und/oder ZrO&sub2; in Verhältnissen umfassen, die folgende Formel erfüllen:1. Use of a filler wire for welding stainless steel, wherein the wire comprises a welding agent filled in a stainless steel sheath, and wherein the welding agent contains, based on the total weight of the wire, 0.1 - 1.0% Ti, 8.5 - 13.5% slag-forming components and contains substantially no CO₂ or carbonate, wherein the slag-forming components comprise, based on the total weight of the wire, 4.7 - 8.5% TiO₂, 0.5 - 3.5% Al₂O₃ and 0.6 - 3.2% SiO₂ and/or ZrO₂ in ratios satisfying the following formula: TiO&sub2; > Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; + ZrO&sub2;TiO2; > Al₂O₃ + SiO2 + ZrO2; und darüber hinaus 0,02 - 0,25 % Metallfluorid enthält (ausgedrückt als F-Umwandlungs-Wert).and also contains 0.02 - 0.25% metal fluoride (expressed as F-conversion value). 2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die schlackenbildenden Komponenten Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; und ZrO&sub2; in Verhältnissen einschließen, die die folgende Formel erfüllen:2. Use according to claim 1, wherein the slag-forming components include Al₂O₃, SiO₂ and ZrO₂ in ratios satisfying the following formula: Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; + ZrO&sub2; ≤ 5,0 %.Al₂O₃ + SiO2 + ZrO2; ≤ 5.0%. 3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schweißmittel 5,8 - 8,2 % TiO&sub2; bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts enthält.3. Use according to claim 1 or 2, wherein the welding agent contains 5.8 - 8.2% TiO₂ based on the total weight of the wire. 4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Schweißmittel 0,7 - 2,7 % Al&sub2;O&sub3; bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts enthält.4. Use according to one of claims 1 to 3, wherein the welding agent contains 0.7 - 2.7% Al₂O₃ based on the total weight of the wire. 5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schweiß mittel 1,0 - 3,0 % SiO&sub2; und/oder ZrO&sub2; bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts enthält.5. Use according to one of claims 1 to 4, wherein the welding agent contains 1.0 - 3.0% SiO₂ and/or ZrO₂ based on the total weight of the wire. 6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Schweißmittel 0,02 - 0,15 % Metallfluorid (in F-Umwandlungs-Wert) enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts.6. Use according to one of claims 1 to 5, wherein the welding agent contains 0.02 - 0.15% metal fluoride (in F-conversion value) based on the total weight of the wire. 7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Schweiß mittel 0,3 - 0,8 % Ti bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts enthält.7. Use according to one of claims 1 to 6, wherein the welding agent contains 0.3 - 0.8% Ti based on the total weight of the wire. 8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verhältnis Ti/F (F-Umwandlungswert) im Bereich von 3,8 ≤ Ti/F ≤ 30 liegt.8. Use according to one of claims 1 to 7, wherein the ratio Ti/F (F conversion value) is in the range of 3.8 ≤ Ti/F ≤ 30. 9. Verwendung nach Anspruch 2, wobei das Schweißmittel 9,0 - 13,5 % schlackenbildende Komponenten bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts enthält.9. Use according to claim 2, wherein the welding agent contains 9.0 - 13.5% slag-forming components based on the total weight of the wire. 10. Verwendung nach Anspruch 2, wobei das Schweißmittel Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; und ZrO&sub2; im Bereich von 1,1 - 5,0 % bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahts enthält.10. Use according to claim 2, wherein the welding agent contains Al₂O₃, SiO₂ and ZrO₂ in the range of 1.1 - 5.0% based on the total weight of the wire.
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